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滴定法在地质岩矿样品分析测试中的应用展望
摘要:滴定法是一种在岩矿地球化学元素分析测试工作中常用的有效方法,在具体实验中得到了广泛的应用。然而,由于目前地矿实验测试中,主要以人工滴定的方式为主,而人工滴定的过程中,往往容易受到复杂的多种因素影响,造成很多随机误差和系统误差,给测试结果以及测试工作者带来更高的要求和挑战。作为地矿实验工作者,不仅需要熟练掌握滴定法,充分了解和掌握具体应用的原理和适应的条件,还需要对更具有优势的自动滴定法进行展望推广。
关键词:滴定法;地质岩矿样品分析测试;应用展望
矿产资源是人类赖以生存发展的重要资源之一,随着人类工业化进程的持续推进,对矿产资源的开发利用不断加大。另外,矿产资源价值的评估,开采品位的阈值随着冶金工业技术的发展而不断变化。这对都岩矿的精准高效测定提出了更高的要求,同时不断推动着岩矿测试工作技术的发展。
1滴定法的概念
分析化学中,滴定法是一种常见的有效化学实验方法,主要有人工滴定法和自动电位滴定法(图1)。人工滴定法需要依据GB/T5009.37-1996的标准规范进行实验测定,自动电位滴定法指的是在自动电位仪上进行滴定测试。目前,在大多数实验室滴定分析的过程中,由人工操作来进行。滴定法是在滴定剂和滴定溶液在滴定的过程中所发生的定量化学反应式的指示剂在不同的酸碱性或者氧化还原电位等的条件下呈现不同的颜色特征,在滴定的过程中需要时刻注意观察指示剂的颜色状态,并依据其指示剂颜色的突然变化来判断滴定的终点,等到测定终点时,则观察标准溶液做滴定所用的体积量,并依据化学反应方程式来计算分析结果。滴定法依据是化学反应原理和具体滴定方式可以分别进行四种类型上的方式与方法的划分,下文对其详细进行介绍。
2滴定法的主要分类与方式
滴定法依据化学反应过程的不同,主要可以分为酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法四种,其中,酸碱滴定法,指的是以反应物中酸、碱中和反应为实现过程的一种滴定手段,一般用于测定酸性、碱性以及具有两性的物质,其反应方程式为H++OH-=H2O;配位滴定法,也被称为络合滴定分析法,指的是以络合物与金属离子进行配位络合反应实现滴定过程的一种滴定测试手段,所以本方法一般应用与对金属离子进行测试。本方法测试过程中一般以EDTA作络合物配位剂,在其滴定反应的过程中,与溶液中的金属阳离子发生络合配位,其反应方程式可表示为m(EDTA)-+nY+→(mEDTA·nY);氧化还原滴定法,指的是指示剂与滴定溶液发生氧化还原反应以实现滴定的一种滴定分析方法。本方法一般应用于具有氧化还原性质的物质或者个别一些不具有氧化还原性质的物质的滴定测试。例如,利用重铬酸钾(K2Cr2O7)滴定铁离子含量,其反应方程式为6Fe2++Cr2O7-+14H+→6Fe3++2Cr3++7H2O;沉淀滴定法,指的是在化学反应中以实现生成沉淀物为条件的一种滴定测试方法,例如,可用于卤素类离子对银进行滴定测试,其化学反应方程式为Ag++Cl-→AgCl↓。对其进一步归纳后,更明显地看出(表1),各种方法来说,均代表着不同的原理和反应过程,其在具体应用的过程中需要熟悉掌握原理,需要针对测定的具体对象恰当地加以选择应用。依据滴定方式的不同可划分直接滴定法、间接滴定法、返滴滴定法和置换滴定法四种(表2)。根据滴定方法不同,可以将其运用到与之相适应的岩石矿物成分检测工作中去。滴定方式在以往的滴定法作业中,只能通过人工操作来完成,而随着现代科技的快速发展,滴定法的作业正在面向自动化与智能化方向发展,并完成有关成分的测量工作。
3滴定法的在岩矿分析中的应用举隅
滴定法可滴定测试的化学元素有50余种。而在岩矿分析过程中,需要结合实际的岩石矿物来作出最合适的选择,本文就几种较为常用的滴定法就国内学者开展的运用进行举隅。酸碱滴定法的应用:本方法主要测定地球化学物质,对岩石矿物中钨元素含量测定,笔者针对国内外一般选用的重量法受干扰影响、流程复杂以及成本昂贵等方面的不足,基于高含量的钨矿石中三氧化钨采用酸碱定法做了测定工作,取得了比较满意的效果。石膏中三氧化硫的间接测定,作者基于经典的硫酸钡沉淀滴定法,换用酸碱滴定法间接测定了石膏中三氧化硫做了测定,认为方法上有所改善。六硼化镧中硼的测定。文献介绍的六硼化镧测试中,作者首先经过溶解剂、掩蔽、络合,考虑了一些干扰因素,采用酸碱滴定法对硼元素含量进行了测定。对溶样方法、试剂加入量、滴定终点判断方式、干扰元素、回收率和精密度进行了研究,结果表明,这种方法操作快捷简便,具有良好的精准性;配位滴定法的应用,配位滴定法也叫EDTA络合滴定法。本方法是目前的岩矿成分分析工作中一种最为常用的测定方式,就是EDTA络合滴定法,在钯、锌等元素的测定上均得到了广泛的应用。总体来说,在分析的过程中,讨论了配位络合滴定方法的一些不确定因素考虑了测试结果的置信区间,这种方法在测试过程中无需沉淀过滤分离、操作过程相对快速便捷,测试结果比较精准可靠,能够满足测试生产需求;氧化还原滴定法,该方法也是一种常用的测试方法,在硫、钼等元素的测定上得到了应用。通过对煤中全硫的测定以及矿石中钼的实例测定,认为本方法总体上来说,操作简便快捷、精准可靠;沉淀滴定法,本方法在测定碘和钼等元素的上得到了应用。笔者基于经典的传统方法,提出了沉淀滴定的一种新的方法,这种方法采用聚乙烯醇作为沉淀的胶体保护剂,碘离子作为吸附指示剂,用硝酸银标准溶液直接测定。笔者对钼的测定,首先通过调整测试液中的pH值,使得钼元素在溶液中存在形态保持一致,同时选用了高纯试剂的三氧化钼做为基准物质来对硝酸铅标准溶液进行标定,得到了更加精准的测试结果。依据上述研究可以看出,本方法在具体测试目标样品测试过程中需要具体灵活处理应用的情况下,均取得了比较理想的效果,测试过程快速便捷、测试结果精准可靠,测试完毕后滴定产物可回收,废液无毒,排放无污染。
4滴定法的应用措施
4.1仪器方面
必须彻底清洁才能使用,以减少非标准操作造成的误差。仪器的清洗、转移和溶解应按照操作程序进行,如蒸馏水和标准溶液。平行滴定和多人操作可以减少个人操作习惯造成的误差。记录标准溶液的体积,没有完整的直读过程,不利于节省时间。
4.2操作方面
(1)温度。除标准的相关规定外,标准滴定液的温度为20℃。对滴定标准的校准、直接制备和使用,应根据温差进行校正。结果的校正不会影响准确性。(2)指示剂加入时间。化学试剂在分析化学中起着非常重要的作用,是化学分析和仪器分析的定量基础之一。尤其是在滴定分析中,标准溶液通常应使用适当纯度的试剂制备,并且需要进行一些校准,以确保制备溶液的浓度符合实验要求。配制标准溶液时,校准或比较标准溶液浓度时,平行试验不少于8次,两次测量的平均值之间的差值不得超过0.1%。通过校准和比较方法测量浓度时,不得遗漏。这些规定表明滴定分析对制备标准溶液有严格要求,以确保测试数据的可靠性。(3)仪器校准。分析仪必须经常校准,并处于良好的工作状态。定期检查分析天平、分光光度计等试验设备,如:移液管、滴定管、量瓶容器等。不可靠或操作使用不当的分析仪器,可能会影响分析结果的准确性和可靠性。(4)读数。每次测量最好从0.00开始,以减少使用相同滴定管重复测量的误差。初始值和最终值应以相同的方式进行测量。加入溶液或滴定后,不要立即设置零点或读数点,需等待0.5~1.0min,让附着在管壁上的溶液向下流动,使读数准确可靠。测量值必须精确到0.01mL。
4.3数据处理方面
在减小了系统的实验误差后,对实验数据进行处理。数据处理是分析的最后,为了确保测试数据的准确性和可靠性,检测和分析通常需要大量的测试来处理和分析所获得的数据,也就是说,需使用统计学原理来确定误差的大小以及误差的原因和性质。统计方法不仅可以评估不同方法之间的差异是否合适,还可以正确处理、消除、补偿和减少误差分析和相关性中各种因素的影响。为了获得有效的结果,需要提高分析结果的准确性和可靠性。
5自动电位滴定法应用展望
自动电位滴定法是基于新型技术,具有智能化的滴定设备,它在自动滴定的过程中通过溶液电位的变化,设定相应的阈值,由仪器自动判断的终点。随着人类科学技术的快速发展,传统的人工滴定法逐渐被智能化的自动电位滴定法所替代,然而,在运用自动电位滴定法时有些方面有着更为严格的要求,自动电位滴定法运用时要特别注意做好样品前处理工作。目前在岩石矿物样品前处理工作中已经可以采用微波消解方法。该方法原理在于通过将岩石矿物样品加入到盐酸或者硝酸消解液当中,随后把它们密封起来并放入到设备中进行微波加热,之后经由交变磁场使得样品分子出现激烈碰撞并和消解液接触实现分解。在实施岩石矿物资源的测试和分析工作中,应当要全面确保测试和滴定质量和效率。而将自动电位滴定法运用到岩石矿物分析测试中,可以有效地节省大量的人力资源,同时还大幅减少由于人为操作失误而造成的影响,极大程度上使滴定工作的质量和效率得到显著提高。另外,据不同学者实例研究,一致认为,采用自动电位滴定法测定的结果,其相对标准偏差比人工滴定法获得的结果明显要小、其稳定性要明显高,这表明自动电位滴定法的精准可靠性要优于人工滴定法。可见,现代新型的自动电位滴定法可以很好地满足和适应时代发展的实际需求。此外,随着现代科技快速发展与进步,信息技术被广泛普及与应用到各行业各领域中去,相信在今后的发展过程中信息技术还会进一步拓展到化学测定上去,并取得更为广泛的运用和效果。
6结语
滴定法作为一种常用的化学分析手段,在诸多领域得到了普遍的应用,同时应用于岩矿地球化学分析。随着科技的进步,人工智能技术的发展,滴定法正在逐渐由传统的人工滴定向自动滴定转变。通过对比,自动滴定法更具有优势,应该得到广泛的推广。从实践来看,人工滴定法作为一种常用有效的岩矿化学分析方法,依然被我国大多实验室所采用,作为岩矿测试工作者,应该进一步加大对滴定法的前沿性关注,结合实际情况对滴定过程做相应的调整和优化。同时,还需不断强化实验操作技能,逐步推广自动滴定法,不断提高滴定效果和效率。科学技术不断革新发展,相信未来将研发出更加先进的测定仪器,使得岩矿分析测试结果更加精准高效。
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